(57)【要約】【課題】  自動車用電線の端末における電気力線の集中を緩和して、絶縁特性の改善を図ることができる自動車用電線の端末部材を提供する。【解決手段】  ブロック状の絶縁部110と、この絶縁部110に形成された挿入孔130と、この挿入孔103と同軸に形成されて絶縁部内に埋設された円錐面状の半導電部120とを有する。そして、絶縁層230と外部半導電層240とを有する自動車用電線200を前記挿入孔130に差し込んだ際、前記半導電部120と外部半導電層240が接触するように半導電部120の一部が挿入孔130内面に露出されている。【選択図】  図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ブロック状の絶縁部と、
この絶縁部に形成された挿入孔と、
この挿入孔と同軸に形成されて絶縁部内に埋設された円錐面状の半導電部とを有し、
絶縁層と外部半導電層とを有する自動車用電線を前記挿入孔に差し込んだ際、前記半導電部と外部半導電層が接触するように半導電部の一部が挿入孔内面に露出されていることを特徴とする自動車用電線の端末部材。
【請求項２】
絶縁部と半導電部が樹脂からなり、両者が一体に成形されていることを特徴とする請求項１に記載の自動車用電線の端末部材。
【請求項３】
前記樹脂が電子線架橋されていることを特徴とする請求項２に記載の自動車用電線の端末部材。
【請求項４】
半導電部の体積抵抗率が1×103〜1×105Ω・cmであることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の自動車用電線の端末部材。
【請求項５】
挿入孔を複数有することを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の自動車用電線の端末部材。
【請求項６】
さらに前記絶縁部を保持するベースを有し、
このベースは挿入孔に差し込まれる自動車用電線の保持機構を有することを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の自動車用電線の端末部材。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自動車用電線の端末部材に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から自動車のワイヤハーネス用電線として、図８に記載のものが知られている。これは中心側から順に導体210、絶縁層230、シールド層250、シース260を具えている（例えば特許文献１）。このうち、シールド層250には、一般に細径の金属線の編組材が用いられている。このような電線は、通常の内燃機関を用いた自動車は勿論、電気自動車やハイブリッド車などにも利用されている。例えば、ハイブリッド車では、バッテリから288Vの直流をインバータに供給し、インバータで3相交流に変換して車両駆動用のモータに給電している。車両減速時にはモータが発電機として機能し、発生した回生電力をインバータに供給して直流に変換し、バッテリの充電に供している。
【０００３】
【特許文献１】特開平６−１２４６０８号公報（図１７）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、上記の電線では、その端末部において電界集中が発生し、部分放電の発生や、それに伴う絶縁破壊への進展が生じやすくなるという問題があった。
【０００５】
図9に示すように、端末処理を行う場合、電線の各被覆層を段剥ぎする。その際、特にシールド層250の端末に電気力線が集中し、このシールド層端末付近の絶縁層230の電位傾度が大きくなる。図における破線が電気力線、一点鎖線が等電位線である。その結果、電線自体の耐電圧特性を低下させることとなり、絶縁劣化や絶縁破壊の要因となる。特に、高電圧対応を考慮した場合、これらの問題点は一層顕著となる。
【０００６】
従って、本発明の主目的は、自動車用電線の端末における電気力線の集中を緩和して、絶縁特性の改善を図ることができる自動車用電線の端末部材を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、自動車用電線の端末に電気力線の集中を緩和する部材を用い、この部材を電線に装着容易な構成とすることで上記の目的を達成する。
【０００８】
本発明自動車用電線の端末部材は、ブロック状の絶縁部と、この絶縁部に形成された挿入孔と、この挿入孔と同軸に形成されて絶縁部内に埋設された円錐面状の半導電部とを有する。そして、絶縁層と外部半導電層とを有する自動車用電線を前記挿入孔に差し込んだ際、前記半導電部と外部半導電層が接触するように半導電部の一部が挿入孔内面に露出されていることを特徴とする。
【０００９】
このように、ブロック状の絶縁部内に円錐面状の半導電部を内蔵し、この半導電部に電線の外部半導電層が接続可能に構成することで、ストレスコーンを電線の端末部に形成したことになる。そのため、シールド層端部および外部半導電層端部における電界集中を緩和し、端末構造の絶縁特性を改善することができる。特に、本発明端末部材は、電線の端部を挿入孔に差し込むだけで装着可能であり、非常に装着作業性に優れる。
【００１０】
以下、本発明端末部材の構成をより詳しく説明する。
【００１１】
（端末部材）
＜絶縁部＞
端末部材はブロック状の絶縁部を有する。この絶縁部の材質には、エチレンプロピレンゴム、ビニル樹脂(例えば、ポリ塩化ビニル、ポリ塩化ビニリデン、ポリビニルアルコール、ポリスチレンなど)、ポリエチレン、クロロスルフォン化ポリエチレンゴム、珪素ゴム、ポリテトラフルオロエチレンなどが挙げられる。特に、ポリオレフィンや架橋ポリオレフィン、中でも架橋ポリエチレンが好適である。電気自動車やハイブリッドカーの走行用モータは発熱が多く、その周辺の電線は120℃程度の高温にさらされることが考えられるが、架橋ポリエチレンは高温環境での利用にも耐えられる。
【００１２】
この絶縁部には電線端末を挿入するための挿入孔が形成されている。代表的には、絶縁部のある面からその対向面まで抜ける円筒状の孔を形成する。1本の電線に装着する場合は一つの挿入孔があいた端末部材でよいが、複数の挿入孔を有する端末部材とすれば、各挿入孔に電線を差し込むことで、複数の電線を一括して端末処理することができる。複数の挿入孔を有する場合、もちろん挿入孔ごとに半導電部が形成されている。
【００１３】
この挿入孔の内径は電線の端末部の径に対応させておく。電線の端末は被覆層が段剥ぎされるため、各層が段階的に露出される。また、後述するように、挿入孔には半導電部の一部が露出される。そのため、絶縁部の内径は電線の絶縁層の内径に対応させ、挿入孔に露出された半導電部の内径は電線の外部半導電層の外径に対応させておくと、端末部材と電線との間に空隙が形成されることを極力排除できる。
【００１４】
＜半導電部＞
上記絶縁部には半導電部が埋設されている。この半導電部は、絶縁部に形成された挿入孔と同軸状の円錐面を有する。電線が端末部材の挿入孔に差し込まれた際、電線の外部半導電層と半導電部が接続されるように構成される。この接続により、端末における導体からの外部半導電層の距離が順次離れることになり、電線のシールド層あるいは外部半導電層の端部における電気力線の集中を緩和することができる。
【００１５】
半導電部は、電線の外部半導電層との接続を容易にするため、その一部が挿入孔の内周面に露出されている。具体例としては、半導電部の円錐面の細径側に短い円筒面を接続し、この円筒面が挿入孔の内周面の一部を構成するようにする。言い換えれば、挿入孔の内周面は、一端側が半導電部で形成され、他端側が絶縁部で構成されることになる。
【００１６】
この半導電部は、樹脂と導電性フィラーとの混合物で構成することが好ましい。導電性フィラーの混合により、所定の導電率を半導電部に付与することができる。樹脂はポリエチレン、ポリ塩化ビニルおよびポリ酢酸ビニルよりなる群から選択される少なくとも一種が望ましい。フィラーはカーボンブラックが好適に利用できる。
【００１７】
この半導電部の体積抵抗率は、1×103〜1×105Ω・cmであることが好ましい。このような抵抗率を確保することで、電線の外部半導電層との抵抗率を整合させ、電界集中の緩和を図る点で望ましい。この抵抗率の下限を下回ると、半導電部に電流が流れることによるジュール熱の発生の原因となる。逆に、上限を超えると抵抗率が高くなりすぎ、シールド層端部周辺および外部半導電層端部周辺の電位傾度の緩和効果が十分期待できない。
【００１８】
＜端末部材の形成方法＞
上記の端末部材は、絶縁部と半導電部とを一体に成形することが好ましい。絶縁部と半導電部とを一体に樹脂成形することで、絶縁部と半導電部との境界に空隙を生じることがなく、部分放電の発生を抑制することができる。
【００１９】
例えば、まず先に半導電部をモールドで形成しておく。この半導電部を金型に挿入し、さらに端末部材の挿入孔に相当する位置に中子を配置しておく。この状態で金型内に絶縁樹脂を充填してモールドすれば、絶縁部内に半導電部が一体に埋設された端末部材を容易に得ることができる。
【００２０】
また、絶縁部の樹脂を架橋する場合、電子線により架橋することが望ましい。電子線による架橋は、水・蒸気架橋の場合と異なり、架橋した樹脂内に水分が実質的に含有されないため、水トリーの発生を極力抑制できる点で好ましいからである。
【００２１】
＜ベース＞
さらに絶縁部を保持するベースを設けても良い。その際、ベースには電線を保持する保持機構を設けることが好ましい。被覆層が段剥ぎされた電線の端末は、上記絶縁部と半導電部とが一体になったコネクタブロック（端末部材）の挿入孔に挿入されている。一方、段剥ぎされていない電線の根元側はコネクタブロックに対して不用意に移動しない方が端末部に無理な力が作用せず好ましい。そのため、コネクタブロックをベースと一体に構成し、さらにコネクタブロックから若干離れた位置に電線を押える保持機構を設ければ、電線の端部を強固にコネクタブロックに保持でき、端末構造全体としての信頼性を向上することができる。
【００２２】
（自動車用電線）
次に、本発明端末部材が装着される自動車用電線について説明する。
【００２３】
＜基本構成＞
本発明端末部材が装着される電線は、導体、絶縁層、外部半導電層およびシールド層を有することを基本構成とする。
【００２４】
＜導体＞
導体は、必要な送電容量が確保できるものであればよく、特に材質・構成が限定されるわけではない。材質としては、銅線、錫めっき銅線、アルミ線、アルミ合金線、鋼心アルミ線、カッパーフライ線、ニッケルめっき銅線、銀めっき銅線、銅覆アルミ線などが挙げられる。導体の構成としては、単線とより線が考えられるが、一般に複数の素線をより合わせたより線構造が好適である。
【００２５】
＜絶縁層＞
絶縁層は電線の電圧に応じた耐電圧性を具える構成とする。絶縁層の材質としては、エチレンプロピレンゴム、ビニル樹脂(例えば、ポリ塩化ビニル、ポリ塩化ビニリデン、ポリビニルアルコール、ポリスチレンなど)、ポリエチレン、クロロスルフォン化ポリエチレンゴム、珪素ゴム、ポリテトラフルオロエチレンなどが挙げられる。特に、架橋ポリオレフィン、中でも架橋ポリエチレンが好適である。
【００２６】
この絶縁層は、後述する内部半導電層を設ける場合、内部半導電層と同時押出またはタンデム押出することが好ましい。絶縁層と内部半導電層を同時または連続して押し出すことで、両層間に異物が混入したりギャップが生じることを抑制できる。特に、同時押出によれば、一度の押出工程で内部半導電層と絶縁層を形成することができる。さらに、押出にて内部半導電層を形成すれば、導電性布テープを利用した場合と異なって導電性布テープの端部やケバなどの不整部がなく、水トリーの起点を排除することができる。
【００２７】
＜外部半導電層＞
絶縁層の外側に外部半導電層を設けることで、絶縁層とシールド層との界面における微小なギャップを埋め、部分放電の発生を抑制することができる。また、これら微小なギャップをなくすることで、水トリーの発生の起点をなくすこともでき、水トリーの発生に起因する絶縁劣化を抑制することができる。
【００２８】
外部半導電層は、樹脂と導電性フィラーとの混合物で構成することが好ましい。導電性フィラーの混合により、所定の導電率を半導電層に付与することができる。樹脂はポリエチレン、ポリ塩化ビニルおよびポリ酢酸ビニルよりなる群から選択される少なくとも一種が望ましい。フィラーはカーボンブラックが好適に利用できる。
【００２９】
その他、外部半導電層の好適な材質として、特開平6-203651号公報に記載のものもある。すなわち、（Ａ）酢酸ビニル含有量30〜70質量％のエチレン−酢酸ビニル共重合体、及びアクリル酸エチル含有量20〜40質量％のエチレン−アクリル酸エチル共重合体からなる群より選ばれた少なくとも１種の共重合体100重量部に対して、（Ｂ）導電性カーボンブラック20〜100重量部、及び（Ｃ）分子中に少なくとも１つのエポキシ基を持ち、かつ、融点が40℃以上のエポキシ化合物0.5〜50重量部を含有する組成物である。
【００３０】
外部半導電層の抵抗率は1×103〜1×105Ω・cmとすることが好ましい。このような抵抗率を確保することで、部分放電抑止の点で望ましい。この抵抗率の下限を下回ると、半導電層に電流が流れることによるジュール熱の発生の原因となる。逆に、上限を超えると抵抗率が高くなりすぎ、導体とシールド層との界面あるいは導体と絶縁層との界面における電位傾度の緩和効果が十分期待できない。
【００３１】
＜内部半導電層＞
さらに、導体と絶縁層との間に内部半導電層を設けてもよい。内部半導電層を設けることで、導体と絶縁層との間における部分放電の発生や水トリーの発生を抑制することができる。内部半導電層の好ましい構成材料や抵抗率は、上述した外部半導電層と同様である。
【００３２】
＜シールド層＞
シールド層は銅線などの金属線の編組材を用いることができる。シールド層を設けることで、誘導防止用の遮蔽と危険防止用の遮蔽を行なうことができる。
【００３３】
＜シース＞
その他、シールド層の上にシースを設けてもよい。シースを設けることで、シールド層の機械的保護を図ることができる。シースは、一般にクロロプレンゴム、ビニル樹脂、ポリエチレンなどで構成される。
【００３４】
＜電線用途＞
本発明端末部材が装着される自動車用電線には、ガソリンエンジンなどの内燃機関を用いた自動車に用いられる電線はもちろん、電気自動車またはハイブリッドカーに用いられる電線が含まれる。電気自動車やハイブリッドカーの場合、代表的にはバッテリ、インバータ、走行用モータ、ジェネレータなどの間を接続する電線が挙げられる。特に高電圧用途での利用が好適である。例えば400V以上、より好ましくは600V以上、さらに好ましくは1kV以上での利用が期待できる。
【発明の効果】
【００３５】
本発明端末部材によれば、自動車用電線の端末におけるシールド層端部や外部半導電層端部における電気力線の集中を緩和し、絶縁特性を強化することができる。また、本発明端末部材は、電線を差し込むという簡単な作業にて容易に電線の端末処理を行なうことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３６】
以下、本発明端末部材の実施の形態を説明する。
【実施例１】
【００３７】
本例では単心用の本発明端末部材を説明する。図１は本発明端末部材の外観斜視図、図２は同端末部材の縦断面図、図３は同端末部材を電線端末部に装着した状態の縦断面図である。この端末部材（コネクタブロック）100はブロック状の絶縁部110と、電線の挿入孔130とを有する。そして、絶縁部110には挿入孔130と同軸状の半導電部120が埋設されている。
【００３８】
絶縁部110は、半導電部120の内側に位置する内側絶縁部110Aと、半導電部120の外側に位置する外側絶縁部110Bとから構成される。後述するように、半導電部120は円筒部120Aと円錐面部120Bとを直列に接続した形状を有している。この内側絶縁部110Aは半導電部の円錐面部120Bの内側に密着され、内周が円筒面、外周が円錐面で構成される中空円錐台形状である。一方、外側絶縁部110Bは半導電部の円筒部120Aと円錐面部120Bの外側に密着される中空体である。その外周面は円筒面であり、内周面は一端側が円筒面で、他端側は一端側から離れるに伴って径の拡がる円錐面である。これら内側・外側絶縁部110A、110Bと後述する半導電部120とで直方体のコネクタブロック100を構成している。ここでは、架橋ポリエチレンにより内側・外側絶縁部110A、110Bを構成した。この架橋は電子線架橋により行なった。
【００３９】
この絶縁部110には挿入孔130が形成されている。挿入孔130は電線の端末が差し込まれるための孔である。挿入孔130は、コネクタブロックの対向する面同士の間をつなぐ円筒状に形成されている。本例では、一端側が電線の外部半導電層の外径に相当する内径を有し、他端側が電線の絶縁層の外径に相当する内径を有する。つまり、一端側の内径が電線の外部半導電層の厚さ分だけ他端側の内径よりも大きく構成されている。
【００４０】
半導電部120は上記内側・外側絶縁部110A、110Bの間に挟まれるように絶縁部内に埋設されている。この半導電部120は、円筒部120Aと円錐面部120Bとで構成される。円筒部120Aは挿入孔130の一端側において、その内周面に露出されている。つまり、円筒部120Aの内径が挿入孔130の一端側の内径である。円錐面部120Bの小径側は円筒部120Aの他端側に直列に一体化されている。ここでは、ポリエチレンにカーボンブラックを配合した混合物で半導電部120を構成した。その厚さは1.0mm、体積抵抗率は1×104Ω・cmである。
【００４１】
このようなコネクタブロック100は、まずモールドで半導電部120を形成しておき、続いて金型内に得られた半導電部120をセットする。さらに金型内に段差のある丸棒状の中子もセットして、金型内に絶縁部110を構成する材料を充填し、半導電部120と絶縁部110とが一体に成形されたコネクタブロックを作製する。
【００４２】
次に、この端末部材110（コネクタブロック）を装着する電線を説明する（図３参照）。この電線200は中心から順に、導体210、内部半導電層220、絶縁層230、外部半導電層240、シールド層250、シース260を具えている。
【００４３】
ここでは、0.32mm径の軟銅線を19本より合わせて撚り素線を形成し、さらに、この撚り素線を19本より合わせて公称断面積30sqの導体210を構成した。
【００４４】
この導体210の直上に内部半導電層220を形成する。その材質には、ポリエチレンにカーボンブラックを配合した混合物を用いた。得られた内部半導電層220の厚さは0.3mm、体積抵抗率は1×104Ω・cmである。この内部半導電層220は次に述べる絶縁層と同時押出にて形成した。
【００４５】
内部半導電層220の上には絶縁層230が形成される。絶縁層230の材質はポリエチレンであり、その厚さは1.1mmである。この絶縁層230は内部半導電層220と同時押出により形成されるため、両層間に異物が混入したりギャップができるおそれが少なく、部分放電の抑制に一層効果的である。
【００４６】
続いて、絶縁層の架橋を行なう。ここでは、絶縁層に電子線を照射して架橋を行なった。その結果、絶縁層は固化して、その融点が上昇した。架橋前の絶縁層の融点は約120℃、架橋後の同融点は約150℃である。
【００４７】
次に、絶縁層230の上に外部半導電層240を形成する。外部半導電層240も押出により形成した。ここでは、外部半導電層の押出は、絶縁層（内部半導電層）の押出とは独立して行なった。外部半導電層240の材質はポリ塩化ビニルにカーボンブラックを配合した混合物を用いた。得られた外部半導電層240の厚さは0.3mm、体積抵抗率は1×104Ω・cmである。
【００４８】
外部半導電層240の上にはシールド層250が形成される。シールド層250は、0.32mm径の軟銅線からなる編組材を用いた。
【００４９】
そして、シールド層250の上にシース260を形成する。ここでは、ポリ塩化ビニルを厚さ1.0mmに押し出してシース260を形成した。
【００５０】
このような電線200の端部を段剥ぎし、導体110に圧着端子（図示せず）を装着する。次に、端子の装着された電線の端部を前記コネクタブロックの挿入孔130に差し込む。この差し込みにより、電線200の絶縁層230上にコネクタブロックの絶縁部110が密着し、電線の外部半導電層240上に半導電部の円筒部120Aが密着される。この端末構造により、電線の外部半導電層240と端末部材の半導電部120とが接続され、ストレスコーンを形成して、シールド層250や外部半導電層240の端部付近に電気力線が集中することを緩和する。その結果、絶縁特性の劣化を効果的に抑制できる端末構造を容易に形成することができる。なお、以上の例では、半導電部の太径側端部が端末部材の外周面に露出しているが、この太径側端部が端末部材の外周面に露出せず、絶縁部内に埋設されている構成でもよい。
【実施例２】
【００５１】
次に、３芯用の本発明端末部材を説明する。図４は実施例２の端末部材の外観斜視図、図５はその水平断面図である。
【００５２】
実施例１では単芯用のためコネクタブロックが一つの挿入孔しか有しなかったが、本例では３芯の電線を一括して端末処理するため、３つの挿入孔130を具えている。各挿入孔130には円筒部と円錐面部とが直列に一体化された半導電部120が同軸に配され、この半導電部120の内外周を絶縁部110が覆ってコネクタブロック100を形成している。また、半導電部の円筒部が挿入孔130の内周面の一部を構成している。
【００５３】
本例でも、実施例１と同様に電線の導体端部に圧着端子を装着してから挿入孔130に電線の端部を差し込む。これにより、３芯の電線を一括して容易に端末処理することができる。もちろん、端末部材によりストレスコーンが形成されるため、端末構造における電界の集中を緩和することができる。
【実施例３】
【００５４】
次に、実施例２のコネクタブロックにベースを組み合わせた実施例を説明する。本例で用いるコネクタブロックは、前記実施例２と全く同じである。図６は実施例３における端末構造の部分切欠構成図、図７は同端末構造の電線挿入側から見た正面図である。
【００５５】
このベース300は、基板310と、基板310上でコネクタブロック100を保持するブロックホルダ320と、基板310との間に電線200を挟みこんで保持するカバー片330とを有している。基板310は、上方から見た場合、一側にコネクタブロック100の載置面が形成され、他側に３本の電線をはめ込むことができるように、断面が半円状の溝311が形成されている。ブロックホルダ320は、コネクタブロック100の左右側面と上面の一部を囲む枠状体で、基板310上に一体化される。なお、図６では説明の便宜上コネクタブロック100の内部状態を示しているが、実際にはこの内部構造は全てコネクタブロック100内に隠れている。
【００５６】
実施例２で説明したように、各コネクタブロックの挿入孔130には圧着端子400を装着した電線200が挿入される。この電線200の根元側は上記半円状の溝311にはめ込まれ、さらに上部からカバー片330で押えられることにより保持される。カバー片330は、電線200を覆う３箇所が半円状に湾曲された長尺の金属片である。このカバー片330はボルト340により基板310に固定される。
【００５７】
このように、コネクタブロック100をベース300に保持すると共に、このベース300に電線200の保持機構を設けることで、電線200をコネクタブロック100に強固に接続し、一層信頼性の高い端末構造を形成することができる。特に、複数芯の電線を一括して端末処理する場合に好適である。
【産業上の利用可能性】
【００５８】
本発明端末部材によれば、自動車用電線の端末におけるシールド層端部や外部半導電層端部における電気力線の集中を緩和し、絶縁特性を強化することができる。そのため、自動車のワイヤハーネス用途の電線、特に、電気自動車やハイブリッド自動車のバッテリ、コンバータ、インバータ、モータ、ジェネレータ間を接続するのに用いる電線への適用が期待される。
【図面の簡単な説明】
【００５９】
【図１】本発明端末部材の外観斜視図である。
【図２】図１の端末部材の縦断面図である。
【図３】図１の端末部材を電線端末部に装着した状態の縦断面図である。
【図４】実施例２の端末部材の外観斜視図である。
【図５】実施例２の端末部材の水平断面図である。
【図６】実施例３における端末構造の部分切欠構成図である。
【図７】実施例３における端末構造の電線挿入側から見た正面図である。
【図８】従来の自動車用電線の構造を示す断面図である。
【図９】図８の電線の端末における電気力線分布を示す説明図である。
【符号の説明】
【００６０】
100  端末部材（コネクタブロック）  110  絶縁部  110A  内側絶縁部
110B外側絶縁部  120  半導電部  120A  円筒部  120B  円錐面部
130  挿入孔
200  電線  210  導体  220  内部半導電層  230  絶縁層  240  外部半導電層
250  シールド層  260  シース
300  ベース  310  基板  311  溝  320  ブロックホルダ  330  カバー片
340  ボルト
400  圧着端子
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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